Familiäre hypertrophe Kardiomyopathie: Genetik und molekulare ...

FORSCHUNG.CH Schweiz Med Forum 2005;5:90–93 90
Familiäre hypertrophe Kardiomyopathie:
Genetik und molekulare Mechanismen
Dagmar Keller a,b , Stefan Osswald a , Marijke Brink b
a
Kardiologische Klinik, Universitätsspital Basel
b
Departement Klinisch-Biologische Wissenschaften DKBW, Universitätsspital Basel
Finanzielle Unterstützung: Diese Arbeit wurde unterstützt durch Beiträge des Fördervereins für Kardiologie Basel,
des AstraZeneca-Fonds Basel und des VFWAWF-Fonds des Universitätsspitals Basel.
Einleitung
Die molekulare Kardiologie hat in den letzten
Jahren wichtige neue Einblicke in die Pathophysiologie
vererbbarer kardialer Erkrankungen erlaubt.
Durch die Identifizierung von in diesen
Krankheiten involvierten Genen und deren Proteine
ist es deutlich geworden, dass verschiedene
zelluläre Komponenten in der Pathogenese beteiligt
sind. In monogenen Erkrankungen wird
der kranke Phänotyp durch eine Mutation in
einem Gen bewirkt. Dieser Phänotyp kann jedoch
durch die Komplexität des Genotypes und
anderen Faktoren dramatisch beeinflusst werden.
Eine der intensivst untersuchten monogenen
Erkrankungen ist die familiäre Form der hypertrophen
Kardiomyopathie (FHC). Die FHC ist
eine myokardiale Erkrankung charakterisiert
durch eine links- und/oder rechtsventrikuläre
Hypertrophie, die typischerweise asymmetrisch
verläuft und das interventrikuläre Septum involviert
[1]. Ein typisches Merkmal der familiären
hypertrophen Kardiomyopathie ist die breite Heterogenität
des Phänotypes hinsichtlich Beginn
der Erkrankung, Ausmass und Verteilung der
Hypertrophie sowie Art und Schweregrad der
klinischen Manifestationen. Die familiäre hypertrophe
Kardiomyopathie ist genetisch äusserst
heterogen und wird deshalb als komplexe monogene
Erkrankung bezeichnet. Die typische Form
der familiären hypertrophen Kardiomyopathie
wird bedingt durch Mutationen in 12 Genen, die
alle Proteine des kardialen Sarkomeres kodieren.
Die Variabilität des Phänotypes hängt einerseits
von der Mutation in einem dieser Hauptgene
ab, aber auch von der Komplexität des Genotypes
und dem Einfluss von modifizierenden
Genen. Durch Genanalysen und Studien von
Genotyp-Phänotyp-Korrelationen konnten Mutationen
identifiziert werden, die mit einem
hohen Risiko für den plötzlichen Herztod (SCD,
«sudden cardiac death»), eines der klinischen
Hauptprobleme der familiären hypertrophen
Kardiomyopathie, assoziiert sind. Molekulargenetische
Untersuchungen haben einen Einblick
in die Pathogenese der familiären hypertrophen
Kardiomyopathie gegeben und mögliche molekulare
Mechanismen identifiziert.
Genetische Heterogenität
der familiären hypertrophen
Kardiomyopathie
Die familiäre hypertrophe Kardiomyopathie
wird in 60% der Fälle autosomal-dominant vererbt.
Die Prävalenz ist 0,2% bei jungen Erwachsenen
[2]. Neben diesem Vererbungsgang kann
die familiäre hypertrophe Kardiomyopathie sporadisch
auftreten oder mit inkompletter Penetranz
einhergehen. In der typischen Form der
familiären hypertrophen Kardiomyopathie wurden
Mutationen in 12 Genen gefunden, die alle
sarkomerische Proteine der Herzmuskelzelle kodieren
(Abb. 1 und 2 x) [3]. Vier Gene kodieren
die Proteine der dicken Filamente: MYH7 für die
«b-myosin heavy chain», MYH6 für die «a-myosin
heavy chain» (b/a-MyHC), MYL3 für die «essential
myosin light chain» (MLC-1), MYL2 für
die «regulatory myosin light chain» (MLC-2); fünf
Gene kodieren die dünnen Filamente: ACTC für
das «a-cardiac actin» (a-cAct), TNNT2, TNNI3
und TNNC1 für die «cardiac troponins» T, I und
C (cTnT, cTnI und cTnC) und TPM1 für das a-Tropomyosin.
MYBPC3 kodiert das «cardiac myosin-binding
protein C» (cMyBP-C), welches im
Sarkomer transversal angeordnet ist und Bindungsstellen
für MyHC und Titin hat. cMyBP-C
hat wichtige strukturelle und funktionelle Rollen
Gen
MYH7
MYH6
MYL3
MYL2
ACTC
TNNT2
TNNI3
TNNC1
TPM1
MYBPC3
TTN
CRP3
Lokus
14q11.2-q12
14q11.2-q12
3p21.2-3p21.3
12q23-q24.3
15q14
1q3
19p13.2-q13.2
3p21.3
15q22
11p11.2
2q35
11p15.1
Protein
b-myosin heavy chain (b-MyHC)
a-myosin heavy chain (a-MyHC)
essential myosin light chain (MLC-1s/v)
regulatory myosin light chain (MLC-2s/v)
a-cardiac actin (a-cAct)
cardiac troponin T (cTnT)
cardiac troponin I (cTnI)
cardiac troponin C (cTnC)
a-Tropomyosin (a-TM)
cardiac myosin-binding protein C (cMyBP-C)
Titin
muscle LIM protein (MLP)
Abbildung 1.
Lokus Heterogenität der familiären hypertrophen
Kardiomyopathie. Die reine Form der familiären
hypertrophen Kardiomyopathie wird bedingt durch
Mutationen in 12 Genen, die alle sarkomerische
Proteine kodieren.

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Dünne Filamente
a-cardiac actin
a-tropomyosin
troponin complex (T,C, I)
Dicke Filamente
b/a-myosin heavy chain
essential myosin light chain
regulatory myosin light chain
eigene Mutation tragen, werden nicht nur die
bekannten Mutationen gescreent, sondern vielmehr
das ganze Gen auf Mutationen untersucht.
Z
cardiac myosin-binding protein C
titin
Z
muscle
LIM protein
Molekulare Mechanismen
I-Bande
während der kardialen Kontraktion. TTN kodiert
Titin, das dritte Filamentprotein und CRP3 das
«muscle LIM protein» (MLP), welches ein Protein
der Z-Zone ist und den kontraktilen Apparat
stabilisiert. Kürzlich wurde eine FHC-assoziierte
Mutation in der Promotorregion des Phospholamban
Gens (PLN) beschrieben [4].
Neben der reinen Form wurden FHC-Familien
beschrieben, die zusätzlich ein Wolff-Parkinson-
White-Syndrom mit ventrikulärer Präexzitation
aufwiesen. Bei diesem kombinierten Phänotyp
von Kardiomyopathie und Arrhythmie wurden
Mutationen im PRKAG2-Gen identifiziert, welches
die «g 2-regulatory subunit» der «AMP-activated
protein kinase» (AMPK) kodiert. Im Gegensatz
zu den bisher beschriebenen pathologischen
Strukturproteinen ist AMPK ein metabolisches
Protein.
Heute sind ca. 200 Mutationen in all diesen
Genen bekannt. Systematisches Screening dieser
Gene in einem grossen Kollektiv von FHC-Familien
hat gezeigt, dass ca. 80% der genotypisierten
Familien eine Mutation im MYH7- oder
MYBPC3-Gen aufweisen (Tab. 1 p) [5]. Diese
beiden Gene werden bei einer genetischen Analyse
zuerst untersucht. Da viele Familien eine
Tabelle 1: Verteilung der Mutationen in FHC-Genen: prozentuale Verteilung der mutierten
Gene in 124 FHC-Indexpatienten (inkl. 15 sporadische Fälle) [5]). Es wurden 9 der 12 FHC-
Gene systematisch gescreent, wobei sich zu je 42 resp. 40% Mutationen in den Hauptgenen
MYBPC3 und MYH7 und deutlich weniger bis selten Mutationen in den Genen
TNNT2, TNNI3, MYL2 und MYL3 fanden. In dieser Studienpopulation wurden keine Mutationen
in den TPM1-, TNNC1- und ACTC-Genen gefunden.
Gen Verteilung in %
MYBPC3 42
MYH7 40
TNNT2 6.5
TNNI3 6.5
MYL2 4
MYL3

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im MYH7-, MYBPC3- oder TNNT2-Gen sind,
konnte eine Verminderung des Energiemetabolismus
nachgewiesen werden. Interessanterweise
war diese Verminderung unabhängig vom
Ausmass der linksventrikulären Hypertrophie
[13]. Kürzlich haben wir in einer In-vitro-Analyse
eine mögliche Relation zwischen Mutation
und Energiedepletion gezeigt: Eine MYH7-Mutation
in homozygoten Zustand führte zu einem
disproportionalen Anstieg der mechanischen
und enzymatischen Eigenschaften des mutierten
Proteins, was für einen ineffektiven ATP-Verbrauch
spricht und eine Energiedepletion als
möglichen Trigger für die Ausbildung der Hypertrophie
suggeriert [14].
Genotyp-Phänotyp-Korrelationen
Der FHC-Phänotyp ist nicht schematisierbar,
sondern variiert vielmehr inter- und sogar intrafamiliär
in Abhängigkeit der Mutation in einem
Hauptgen, dem Einfluss von Polymorphismen
in modifizierenden Genen und auch Umweltfaktoren.
Genotyp-Phänotyp-Korrelationsstudien in
grossen, nicht verwandten Familien haben Einblick
über den mit einem mutierten Gen oder
einer spezifischen Mutation assoziierten Phänotyp
gegeben.
Generell sind Mutationen im MYH7-Gen mit
einem frühen Beginn der linksventrikulären Hypertrophie
vergesellschaftet. Spezielle Mutationen
im MYH7-Gen sind mit einem hohen SCD-
Risiko vergesellschaftet: Arg403Gln, Arg719Trp,
Arg453Cy und Arg723Gly. Im Gegensatz dazu
haben die Mutationen Gly256Glu, Val606Met
und Leu908Val eine gute Prognose hinsichtlich
dem Auftreten rhythmusbedingter Ereignisse
[15]. Mutationen in MYBPC3 sind oft mit einem
späten Beginn der Hypertrophie und guter Prognose
vereinbar [16]. Die Besonderheit von
TNNT-Mutationen ist die meistens minimale
linksventrikuläre Hypertrophie, die jedoch mit
einem hohen SCD-Risiko einhergeht [17]. In
Genen, in welchen prozentual wenig Mutationen
gefunden werden, basieren Genotyp-Phänotyp-
Korrelationen auf Daten einzelner Familien. So
wurden in den TNNI- und TPM1-Genen in einzelnen
Familien Mutationen gefunden, die mit
variablen Phänotypen, aber auch mit dem SCD
assoziiert waren [18, 19]. Mutationen in ACTC
folgen keinem spezifischen Genotyp-Phänotyp-
Schema [20].
Studien von Genotyp-Phänotyp-Korrelationen in
den MYBPC3- und TNNT2-Genen haben zwei
wichtige Aspekte der familiären hypertrophen
Kardiomyopathie gezeigt: Die inkomplette Penetranz,
bei der nicht alle Träger eines kranken
Allels den Phänotyp ausbilden, und die Variabilität
der Expressivität mit verschiedenen phänotypischen
Manifestationen innerhalb Träger des
gleichen genetischen Defekts. Diese Variabilität
der Expressivität kann zum Teil durch den Einfluss
von Polymorphismen in modifizierenden
Genen erklärt werden, die für ACE, Angiotensin-
II-Typ1-Rezeptor und Endothelin kodieren [21].
Kompliziert wird die Definition des FHC-Phänotypes
durch einen weiteren Aspekt: die Komplexität
des Genotyps. Etwa 5% aller Familien weisen
homozygote Mutationen, doppelt heterozygote
Mutationen mit je einer Mutation in zwei
verschiedenen Genen und kombiniert heterozygote
Mutationen mit zwei Mutationen auf demselben
Gen auf. Die aus diesen komplexen Genotypen
resultierenden Phänotypen sind meistens
schwerwiegender als die aus heterozygoten Mutationen
resultierenden. So sind homozygote
Mutationen in MYH7 und MYBPC3 mit «sudden
cardiac death» in frühem Alter, Herzinsuffizienz
und Vorhofsarrhythmien assoziiert [5, 14].
Technik des genetischen Tests
Um einen genetischen Test durchzuführen,
braucht es 10 ml EDTA-Blut. Die DNA wird
aus den peripheren Lymphozyten extrahiert.
Genmutationen können entdeckt werden nach
Amplifizierung aller kodierenden Exone des
Genes mittels «polymerase chain reaction»
(PCR), gefolgt von einer Screeningmethode wie
«single strand conformational polymorphism»
(SSCP) oder «denaturating high performance
liquid chromatography» (DHPLC) und schliesslich
Sequenzierung. Diese Methoden sind hoch
spezifisch, wenn die PCR primer das gesamte
Exon und wichtige intronische Anteile umfassen
und die Analysen unter verschiedenen Bedingungen
durchgeführt werden. In naher Zukunft
werden Gen-Chips zum Screening aller in der
familiären hypertrophen Kardiomyopathie involvierten
Genen entwickelt werden und die
Analysen rationalisieren.
Genetische Beratung
Die Komplexität der breiten phänotypischen Heterogenität
im Kontext einer komplexen Genetik
verlangt nach einem multidisziplinären und
mehrzeitigen Ansatz mit der Involvierung von
Kardiologen, Genetikern und anderen Spezialisten
wie z.B. Psychologen [22]. Die genetische
Beratung dient zur generellen Information über
die Erkrankung und spezifisch für die Beratung
von betroffenen Individuen sowie prädiktiv für
phänotypisch gesunde Familienmitglieder. Die
genetische Abklärung von erstgradig verwandten
Familienmitgliedern eines betroffenen Individuums
ist anzustreben. Wenn ein Gentest nicht
möglich ist, werden wiederholte klinische und
nicht invasive Untersuchungen zur FHC-Diagnostik
empfohlen.

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Konklusion
Die familiäre hypertrophe Kardiomyopathie ist
eine genotypisch und phänotypisch heterogene
Erkrankung. Die sorgfältige Evaluation des Phänotypes
und genetische Analysen sind wichtig
für das optimale Patientenmanagement. Eine
gefürchtete Komplikation ist der «sudden cardiac
death». ESC/ACC-Guidelines helfen zur
Abschätzung des SCD-Risikos. Die Genanalyse
ist ein zusätzlicher Test zur Risikostratifizierung.
Weiterführende Genotyp-Phänotyp-Korrelationsstudien
und die Analyse klinischer Daten in
informativen FHC-Familien sind wichtig und
werden in Zukunft erlauben, FHC-Patienten mit
hohem Risiko besser zu identifizieren.
Kontaktadressen für Genanalysen in der Schweiz:
Basel: Dr. Dagmar Keller, Universitätsspital Basel,
Lausanne: Dr. Xavier Jeanrenaud, CHUV Lausanne,
Genf: Dr. Siv Fokstuen, HUG Genf
Korrespondenz:
Dr. med. Dagmar Keller
Kardiologische Klinik
Universitätsspital Basel
Petersgraben 4
CH-4031 Basel
kellerd@uhbs.ch
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